污染場(chǎng)地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的工程控制技術(shù)及其應(yīng)用

謝云峰，曹云者，張大定，柳曉娟，李發(fā)生*

1.環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

2.北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)開(kāi)展了多種類型污染場(chǎng)地的修復(fù)技術(shù)設(shè)備研發(fā)與示范項(xiàng)目。但實(shí)際上，成熟且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的修復(fù)技術(shù)還很少。國(guó)內(nèi)目前應(yīng)用較成熟的修復(fù)技術(shù)以挖掘后異位處理處置為主，包括填埋和水泥窯共處置技術(shù)等［1］。修復(fù)技術(shù)雖然能清除污染物，但由于污染場(chǎng)地條件和污染物環(huán)境行為的復(fù)雜性，導(dǎo)致某些場(chǎng)地條件下實(shí)施污染物清除的成本很高，且清除效果不理想。從發(fā)達(dá)國(guó)家的污染場(chǎng)地管理經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)除修復(fù)技術(shù)外，還有工程控制技術(shù)、自然衰減技術(shù)、制度控制措施等。工程控制技術(shù)主要是利用工程措施將污染物封存在原地，限制污染物遷移，切斷暴露途徑，降低污染物的暴露風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)受體安全。工程控制技術(shù)的施工技術(shù)成熟，成本相對(duì)較低，工程建設(shè)周期短，對(duì)不同類型的污染都具有較好的風(fēng)險(xiǎn)控制效果。因此，工程控制技術(shù)近年來(lái)在污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)控制中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛［2-3］。我國(guó)的污染場(chǎng)地管理工作剛剛起步，已開(kāi)展修復(fù)的污染場(chǎng)地并不多，污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管理經(jīng)驗(yàn)較少，污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)體系還有待完善［1］。因此，有必要充分借鑒國(guó)外先進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)控制理念，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用更多的經(jīng)濟(jì)適用的風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)手段，迅速提升我國(guó)污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管理的技術(shù)水平。

1 工程控制技術(shù)概念及其應(yīng)用趨勢(shì)

1.1 工程控制技術(shù)的定義

工程控制(engineering controls)的定義有多種。美國(guó)加利福尼亞州環(huán)境保護(hù)局(California EPA)給出的定義:用于控制危險(xiǎn)物質(zhì)遷移，預(yù)防、最小化或減輕危險(xiǎn)物質(zhì)釋放可能導(dǎo)致的危害的措施，包括覆蓋、密封、堤壩、壕溝，滲濾液收集和處理系統(tǒng)、地下水封存阻隔系統(tǒng)等［4］。美國(guó)俄亥俄州環(huán)境保護(hù)局(Ohio EPA)給出的定義:工程控制包括圍欄、覆蓋系統(tǒng)、景觀美化等。工程控制必須滿足以下標(biāo)準(zhǔn):有效消除或減輕所有受體的暴露風(fēng)險(xiǎn);滿足風(fēng)險(xiǎn)控制目標(biāo)和相關(guān)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn);適應(yīng)場(chǎng)地的氣候條件，不影響場(chǎng)地現(xiàn)有活動(dòng);在合理的時(shí)間內(nèi)工程措施必須能達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn);能夠被監(jiān)測(cè)，并按照計(jì)劃運(yùn)行和維護(hù)［5］。佛羅里達(dá)污染土壤論壇工程控制討論組(Florida Contaminated Soils Forum Engineering Controls Focus Group)給出的定義:工程控制為人為建設(shè)的封存阻隔墻和系統(tǒng)用于控制污染物向下遷移，表層滲濾和降雨入滲作用下的污染物遷移以及污染物在地下的自然滲濾和遷移［4］。綜合上述定義，將工程控制措施概括為:通過(guò)各種工程技術(shù)措施，限制污染物的遷移(表層遷移和地下遷移)，切斷污染源與受體之間的暴露途徑，以達(dá)到降低污染風(fēng)險(xiǎn)和保護(hù)受體安全的污染物阻隔系統(tǒng)。場(chǎng)地污染物遷移擴(kuò)散的途徑主要有地表遷移和地下遷移。地表遷移包括污染物揮發(fā)、塵土和植物富集等。污染物地下遷移主要是伴隨著地下水流動(dòng)而發(fā)生的。因此，與污染物遷移途徑對(duì)應(yīng)的工程阻隔措施有水平阻隔、垂直阻隔和底層阻隔等。

1.2 工程控制技術(shù)與修復(fù)技術(shù)的區(qū)別

工程控制技術(shù)與修復(fù)技術(shù)是完全不同的場(chǎng)地污染風(fēng)險(xiǎn)控制策略(表1)。工程控制技術(shù)通過(guò)限制污染物遷移，降低污染物暴露，達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)控制的目的。而修復(fù)技術(shù)主要是通過(guò)降低污染物濃度來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)。工程控制技術(shù)對(duì)污染物具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，而修復(fù)技術(shù)大都只是針對(duì)某種或特定類別的污染物，當(dāng)多種污染并存時(shí)，修復(fù)難度較大，修復(fù)成本很高。工程控制技術(shù)比較成熟，對(duì)場(chǎng)地的適應(yīng)性很強(qiáng)，對(duì)不同水文地質(zhì)條件的場(chǎng)地都能較好地發(fā)揮風(fēng)險(xiǎn)控制的作用，而且工程技術(shù)施工效率高，在較短的時(shí)間內(nèi)就能將污染物阻隔。修復(fù)技術(shù)受場(chǎng)地條件的影響很大，當(dāng)場(chǎng)地條件較復(fù)雜時(shí)，修復(fù)效果和修復(fù)時(shí)間都很難保證。工程控制措施另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是成本較低。工程控制技術(shù)的不足主要是對(duì)場(chǎng)地后續(xù)開(kāi)發(fā)活動(dòng)有較大的限制。工程控制只是將污染物封存在原地，污染物并沒(méi)有消除。因此，場(chǎng)地后續(xù)開(kāi)發(fā)不能擾動(dòng)土壤和破壞現(xiàn)有工程控制措施。

表1 工程控制技術(shù)與修復(fù)技術(shù)比較Table 1 Comparison of engineering control and remediation technology

污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)控制選擇工程控制技術(shù)還是修復(fù)技術(shù)需要綜合考慮修復(fù)目標(biāo)、修復(fù)成本、修復(fù)時(shí)間、未來(lái)土地利用以及技術(shù)可行性等?？偟膩?lái)看，工程控制技術(shù)適用以下類別的污染場(chǎng)地:1)污染物容易遷移，風(fēng)險(xiǎn)高，未來(lái)土地利用不緊迫的場(chǎng)地;2)污染情況很復(fù)雜，應(yīng)用修復(fù)技術(shù)成本太高，或缺乏適宜的污染修復(fù)技術(shù)的場(chǎng)地;3)污染區(qū)范圍過(guò)大，進(jìn)行污染源處理的修復(fù)周期很長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)成本很高，工程控制技術(shù)可以在場(chǎng)地的部分區(qū)域(容易擴(kuò)散的區(qū)域)作為主要的風(fēng)險(xiǎn)控制措施;4)工程控制技術(shù)可以作為實(shí)施主動(dòng)修復(fù)前的輔助風(fēng)險(xiǎn)控制策略。

1.3 工程控制技術(shù)應(yīng)用趨勢(shì)

美國(guó)污染場(chǎng)地修復(fù)歷史最久，污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)信息比較完善，筆者主要根據(jù)美國(guó)超級(jí)基金場(chǎng)地的數(shù)據(jù)分析工程控制技術(shù)的應(yīng)用情況。1982—2008年記錄的美國(guó)超級(jí)基金場(chǎng)地共3456個(gè)。其中32.72%的場(chǎng)地(1131個(gè))對(duì)污染源和地下水同時(shí)實(shí)施了修復(fù)，33.84%的場(chǎng)地(1169個(gè))只對(duì)污染源(土壤、沉積物、污泥等)實(shí)施了修復(fù)，18.80%的場(chǎng)地(650個(gè))只對(duì)地下水實(shí)施了修復(fù)，其他14.64%的場(chǎng)地(506個(gè))沒(méi)有實(shí)施修復(fù)［2-3］。污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)控制和風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)主要包括修復(fù)技術(shù)、工程控制技術(shù)(封存與阻隔)、監(jiān)測(cè)自然衰減等。工程控制技術(shù)主要應(yīng)用于場(chǎng)地污染源控制，實(shí)施污染源修復(fù)的場(chǎng)地中，約65%的場(chǎng)地應(yīng)用了工程控制技術(shù)，而用于地下水污染控制的比例(小于3%)較低［2］。通常情況下，場(chǎng)地污染源控制同時(shí)采用多種措施，工程控制技術(shù)只是其中之一。

從美國(guó)超級(jí)基金場(chǎng)地的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來(lái)看(圖1)，在超級(jí)基金計(jì)劃早期，工程控制技術(shù)(封存與阻隔等)的應(yīng)用比例較高，從20世紀(jì)90年代初期開(kāi)始，修復(fù)技術(shù)應(yīng)用比例逐漸提高，到90年代后期，工程控制技術(shù)應(yīng)用比例逐漸提高［2-3］。表明美國(guó)選擇修復(fù)技術(shù)的思路是在不斷調(diào)整和完善，修復(fù)技術(shù)篩選策略逐漸由污染源消除過(guò)渡到以控制風(fēng)險(xiǎn)為目的。特別是在90年代后期，考慮到污染源去除的成本太高，而工程控制技術(shù)能以較低的成本達(dá)到污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)控制的目的，因此，工程控制技術(shù)的應(yīng)用頻率越來(lái)越高?？偟膩?lái)看，工程控制技術(shù)主要應(yīng)用于污染源控制，污染源的污染程度重，利用修復(fù)技術(shù)的成本會(huì)非常高，而且修復(fù)時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)。而工程控制技術(shù)由于施工技術(shù)成熟，在較短的時(shí)間內(nèi)就可以對(duì)污染源實(shí)施阻隔，限制污染物遷移，降低污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)復(fù)雜的污染場(chǎng)地，特別是多種污染物復(fù)合污染的場(chǎng)地，利用修復(fù)技術(shù)很難徹底的去除污染，工程技術(shù)對(duì)污染物具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，能同時(shí)對(duì)不同類型的污染物實(shí)施阻隔。對(duì)未來(lái)土地利用不緊迫的場(chǎng)地，工程控制技術(shù)可以作為場(chǎng)地污染風(fēng)險(xiǎn)控制策略。對(duì)需要修復(fù)的場(chǎng)地，工程控制技術(shù)可以作為風(fēng)險(xiǎn)控制策略的一部分，控制污染物遷移擴(kuò)散，避免污染風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)大。因此，工程控制技術(shù)在美國(guó)污染場(chǎng)地修復(fù)中占有重要的地位。

圖1 1982—2008年美國(guó)超級(jí)基金場(chǎng)地修復(fù)措施應(yīng)用統(tǒng)計(jì)Fig.1 Remedies selected in RODs of USA Superfund sites 1982-2008

2 工程控制技術(shù)類型及應(yīng)用情況

2.1 工程控制技術(shù)主要類型

2.1.1 水平覆蓋系統(tǒng)(caps/capping)

水平覆蓋系統(tǒng)或水平覆蓋層也稱為表層阻隔。其主要功能或目的是將污染物與人、動(dòng)物和植物隔開(kāi);抬高地面以提供適當(dāng)?shù)钠露龋龠M(jìn)地表水徑流，減少地表水滲透到地下，造成污染物的遷移;控制污染物質(zhì)排放的氣體。典型的覆蓋系統(tǒng)通常由六個(gè)基本層組成，自上到下分別為表層、保護(hù)層、排水層、阻隔層、氣體收集層和基礎(chǔ)層［6］。覆蓋系統(tǒng)的層數(shù)是與場(chǎng)地特征有關(guān)的，并不是任何場(chǎng)地所有層都必須具備。如在干旱場(chǎng)地就不需要排水層，但所有覆蓋系統(tǒng)都必須有表層。影響覆蓋系統(tǒng)效果的主要因素包括污染物的穩(wěn)定性和下層污染物的沉降性，覆蓋系統(tǒng)表面坡度的穩(wěn)定性，覆蓋系統(tǒng)排水性能和滲漏控制能力，覆蓋系統(tǒng)對(duì)污染物產(chǎn)生氣體的管理能力［7-8］。

圖2 垂直阻隔墻建設(shè)示意圖Fig.2 Schematic diagram of vertical barrier

2.1.2 垂直阻隔(vertical barrier)

垂直阻隔墻技術(shù)在水利工程的防滲中應(yīng)用很廣泛。用于污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)控制時(shí)，主要是利用地下阻隔墻體封存污染物或改變地下水流向以達(dá)到控制污染的目的［7］。根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件和污染物的分布特征，垂直阻隔墻需建設(shè)成不同的形狀(圖2)。阻隔墻的垂直形狀可以延伸到地表或嵌入到低滲透性巖層。當(dāng)污染物主要隨地下水流遷移時(shí)，適宜采用懸掛型阻隔墻〔圖2(c)〕。懸掛型阻隔墻可以延伸到地下水位以下將污染物環(huán)繞起來(lái)，必要時(shí)在內(nèi)部抽取地下水以降低水力梯度。垂直阻隔墻的水平形狀可以是環(huán)繞型、上坡型或下坡型。當(dāng)?shù)叵滤牧鲃?dòng)情況不清楚或地下水在各方向都有流動(dòng)時(shí)使用環(huán)繞型〔圖2(b)〕。上坡型指阻隔墻建在污染區(qū)上游，阻止地下水流過(guò)污染物而導(dǎo)致擴(kuò)散;下坡型指阻隔墻建在污染區(qū)下游，用于讓地下水流過(guò)污染區(qū)域沖刷污染物，通常需要與地下水抽提相結(jié)合〔圖2(d)〕。

根據(jù)垂直阻隔墻的建筑材料和施工方式，垂直阻隔措施可分為泥漿墻(slurry walls)、灌漿墻(grouting walls)、板樁墻(sheet pile walls)、土壤深層攪拌(deep soil mixing)、土工膜(geomembranes)、襯層技術(shù)(liners)等［9］。為了達(dá)到阻止地下水遷移的目的，要求垂直阻隔墻有非常低的滲透性，實(shí)際應(yīng)用中通常要求低于 10-7cm/s［10］，同時(shí)，阻隔墻需要足夠的強(qiáng)度和持久性。在污染場(chǎng)地具體應(yīng)用時(shí)，需要基于風(fēng)險(xiǎn)控制目標(biāo)，綜合考慮根據(jù)場(chǎng)地條件、污染物性質(zhì)、風(fēng)險(xiǎn)特征和阻隔技術(shù)自身的特點(diǎn)(表2)等多種因素，篩選出場(chǎng)地條件下最適宜的工程控制技術(shù)。

表2 典型地下阻隔墻技術(shù)特點(diǎn)Table 2 Technical feature of the selected subsurface vertical barriers

2.1.2.1 泥漿墻(slurry walls)

泥漿墻是最常見(jiàn)的地下阻隔技術(shù)之一［11］。自1970年以來(lái)，泥漿墻就被用于污染控制，并被公認(rèn)為是隔離污染物和阻止污染物遷移的重要手段［12］，只要設(shè)計(jì)合理、建設(shè)得當(dāng)，泥漿墻就能夠成功地將污染物控制在污染場(chǎng)地［13］。泥漿墻的建設(shè)方法為首先進(jìn)行土壤開(kāi)挖形成深溝，然后利用低滲透性材料進(jìn)行回填，通過(guò)夯實(shí)，形成低滲透性的連續(xù)墻體。

泥漿墻的建筑材料有黏土、膨潤(rùn)土、水泥、混凝土、粉煤灰等。實(shí)際應(yīng)用中通常是多種材料的組合，如土壤-膨潤(rùn)土，水泥-膨潤(rùn)土，塑料-混凝土等。泥漿墻材料類型的選擇與場(chǎng)地土壤、污染物的性質(zhì)相關(guān)，因?yàn)槲廴疚锖偷叵虏牧峡赡軙?huì)腐蝕墻體［14］。同時(shí)，不同材料類型和材料配比會(huì)影響墻體的強(qiáng)度和滲透性［15］，如在材料中加入水泥可以提高墻體的強(qiáng)度。不同材料組合對(duì)污染物阻隔的效果也存在差異，在具體應(yīng)用時(shí)必須對(duì)材料的封存阻隔效果進(jìn)行評(píng)估［15-16］。

2.1.2.2 灌漿墻(grouting walls)

灌漿是將適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)灌入砂土、巖石和人造建筑物，從而降低被灌物的滲透性并提高強(qiáng)度［17］。灌漿墻與泥漿墻類似，只是施工方式不同。根據(jù)泥漿噴灌的方式，灌漿墻可以分為壓力灌漿、振動(dòng)梁灌漿和噴射灌漿等［18］。壓力灌漿是通過(guò)一定的壓力將可固定化的灌漿材料注入到土壤或巖石的空隙中。振動(dòng)梁灌漿是用打樁機(jī)將工字樁打入地下，通過(guò)工字樁低端的噴嘴向土壤中注入漿液。噴射灌漿是基于水切割技術(shù)，在非常高的壓力條件下，高速度噴射泥漿混合物進(jìn)入土壤或巖石中的空隙。噴灌的泥漿經(jīng)切割、替換，將土壤與凝膠材料混合在一起，形成土壤柱。灌注的泥漿通常為水泥膨潤(rùn)土泥漿或普通水泥泥漿。理論上，噴灌技術(shù)可應(yīng)用于任何類型的土壤(礫石到黏土)。但土壤類型會(huì)改變泥漿柱的半徑，影響施工效率。在黏土中灌漿噴射的效率比沙土要低。

2.1.2.3 板樁墻(sheet pile walls)

板樁防滲墻是將鋼板、預(yù)制混凝土、鋁或木材用打樁機(jī)垂直打入地基以形成地下阻隔墻。連續(xù)的墻需要將板連接起來(lái)。板樁墻的缺點(diǎn)是板樁之間的連接比較脆弱，容易滲漏。目前，已有一些較好的專利技術(shù)用于封口。除了不同的連接封口，還發(fā)展出一些密封技術(shù)，包括灌漿、粉煤灰、水泥等都用于密封接頭。

2.1.2.4 土壤原位攪拌(in situ soil mixing)

土壤原位攪拌是使用一組深層攪拌機(jī)將污染場(chǎng)地的土壤和固化劑(通常是膨潤(rùn)土或水泥漿)強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和土壤發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，凝結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性好、強(qiáng)度較高的連續(xù)墻體。與其他外部方法相比(如泥漿墻)，這種方法開(kāi)挖的廢棄土量較少。在場(chǎng)地污染控制中，常采用土壤深層攪拌(deep soil mixing，DSM)。可用的泥漿材料包括膨潤(rùn)土、水泥、石灰和添加劑(如粉煤灰、礦渣等可以改變材料的組成和耐性)。

2.1.2.5 土工膜技術(shù)(geomembranes)

土工膜是利用低滲透材料來(lái)阻隔污染物的遷移。土工膜的低滲透性是泥漿墻或其他垂直阻隔墻難以達(dá)到的。而且，土工膜能夠保持連接的完整性。土工膜應(yīng)用于污染控制已有30多年的歷史。土工膜作為垂直阻隔墻常用的材料是高密度聚乙烯(HDPE)。由于土工膜片的長(zhǎng)度有限，為了保持連續(xù)性，需要將膜板相互連接起來(lái)。理論上土工膜墻的深度是沒(méi)有限制的，設(shè)計(jì)深度與建造安裝的方法有關(guān)?？捎玫陌惭b方法有很多。最常見(jiàn)的安裝方式為:表層覆蓋的土工膜通過(guò)水平延展或垂直下伸與垂直墻的土工膜形成垂直密封，土工膜的下端嵌入弱透水層。

土工膜可以單獨(dú)使用，更多情況下是與其他措施配套使用。土工膜與土壤-膨潤(rùn)土、土壤-水泥、水泥-膨潤(rùn)土等回填形成組合障礙。土工膜與地工網(wǎng)格組合，層間用土壤-膨潤(rùn)土、土壤-水泥、水泥-膨潤(rùn)土等回填，形成C型襯墊系統(tǒng)(RCRA)［6］作為阻隔墻。

2.2 工程控制技術(shù)在美國(guó)超級(jí)基金污染場(chǎng)地的應(yīng)用情況

為了評(píng)估工程控制技術(shù)的應(yīng)用效果，美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(US EPA)對(duì)130多個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，并對(duì)其中場(chǎng)地工程技術(shù)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)和效果等監(jiān)測(cè)信息比較完整的36個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行了評(píng)價(jià)［10］。

從場(chǎng)地類型來(lái)看，36個(gè)場(chǎng)地包括化工廠、金屬加工廠、木材加工廠、采礦、廢棄物填埋、垃圾焚燒等多種類型。大部分場(chǎng)地為有機(jī)物、金屬及砷等多種污染物的復(fù)合污染。場(chǎng)地土壤和地下水都存在不同程度的污染。36個(gè)場(chǎng)地工程控制的主要目標(biāo)是將污染物封存在原址，限制污染物的遷移，特別是污染物隨著地下水遷移，消除下游受體的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)存在揮發(fā)性污染物的場(chǎng)地，為了限制揮發(fā)遷移，通常在控制地下水遷移的同時(shí)，利用覆蓋層系統(tǒng)阻止污染物揮發(fā)。

污染場(chǎng)地應(yīng)用中通常的工程策略為表層覆蓋和垂直阻隔相結(jié)合，36個(gè)污染場(chǎng)地中26個(gè)場(chǎng)地同時(shí)采用了表層覆蓋系統(tǒng)和地下垂直阻隔相結(jié)合，其余10個(gè)場(chǎng)地中8個(gè)場(chǎng)地只采用了垂直阻隔措施，2個(gè)場(chǎng)地只采用了覆蓋層進(jìn)行表層阻隔。這是因?yàn)榇蟛糠治廴緢?chǎng)地為復(fù)合污染，在控制污染物隨地下水遷移的同時(shí)要阻止揮發(fā)性有機(jī)物在場(chǎng)地表層的擴(kuò)散。垂直阻隔墻技術(shù)中〔圖3(a)〕，83.33%的場(chǎng)地(30個(gè))采用了泥漿墻技術(shù)，應(yīng)用板樁墻和振動(dòng)梁技術(shù)均只占5.56%(2個(gè))。泥漿墻建筑材料以土壤-膨潤(rùn)土為主，應(yīng)用比例高達(dá)86.67%。其他幾種材料類型如水泥-膨潤(rùn)土、黏土、混凝土等應(yīng)用都很少〔圖3(c)〕。土壤-膨潤(rùn)土泥漿墻滲透性可達(dá)到10-7cm/s以下，現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)非常成熟，建設(shè)深度可達(dá)70 m，安裝速度快，同時(shí)可與其他技術(shù)(表層覆蓋)配套使用，能達(dá)到場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)控制的要求［19］。且土壤和膨潤(rùn)土材料比較容易獲取，成本較低，在保證污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)阻隔效果的前提下，降低了垂直阻隔墻的總費(fèi)用。表層覆蓋系統(tǒng)中〔圖3(b)〕，RCRA覆蓋層應(yīng)用最廣，約占64.29%。黏土覆蓋系統(tǒng)與土壤覆蓋系統(tǒng)應(yīng)用比例相對(duì)較少，均只占14.29%。只有2個(gè)場(chǎng)地采用瀝青覆蓋層，比例最少僅為7.14%。RCRA覆蓋層是指按照 RCRA/CERCLA(資源保護(hù)和恢復(fù)法案/環(huán)境應(yīng)對(duì)、賠償和責(zé)任綜合法案)覆蓋層設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)的覆蓋系統(tǒng)［6］。為了達(dá)到控制表層降水對(duì)污染物遷移的遷移，RCRA/CERCLA規(guī)范對(duì)覆蓋層的組成、材料，施工工藝、質(zhì)量控制方法等都做了詳細(xì)的規(guī)定。嚴(yán)格按照該規(guī)定建設(shè)的覆蓋系統(tǒng)，通常均能達(dá)到美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局對(duì)覆蓋層風(fēng)險(xiǎn)控制效果的要求。

圖3 工程控制技術(shù)在36個(gè)污染場(chǎng)地應(yīng)用情況統(tǒng)計(jì)Fig.3 The application of engineering controls in 36 contaminated sites

3 工程控制技術(shù)應(yīng)用效果及關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)

工程控制只是將污染物封存在原地，污染物并沒(méi)有消除。因此，工程控制技術(shù)應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為風(fēng)險(xiǎn)水平是否降低到預(yù)期的要求。根據(jù)工程控制的應(yīng)用效果，分為優(yōu)于預(yù)期目標(biāo)、達(dá)到預(yù)期目標(biāo)、未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)、無(wú)法確定等4個(gè)級(jí)別。無(wú)法確定是指場(chǎng)地現(xiàn)有數(shù)據(jù)無(wú)法評(píng)價(jià)工程控制效果。36個(gè)工程控制措施的效果評(píng)價(jià)結(jié)果表明(表3)，大部分工程控制措施達(dá)到了預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)控制目標(biāo)。36個(gè)場(chǎng)地中，25個(gè)場(chǎng)地污染控制效果已達(dá)到預(yù)期的修復(fù)目標(biāo)，只有4個(gè)污染場(chǎng)地的工程阻隔墻沒(méi)有達(dá)到污染物阻隔目的，另外，7個(gè)場(chǎng)地因?yàn)楸O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不足，不能確定風(fēng)險(xiǎn)控制的效果?？偟膩?lái)看，如果設(shè)計(jì)科學(xué)、建設(shè)得當(dāng)，工程阻隔措施的短期和中長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)阻隔效果比較好。由于缺乏長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，長(zhǎng)期的風(fēng)險(xiǎn)控制效果無(wú)法評(píng)價(jià)。但是從現(xiàn)有數(shù)據(jù)來(lái)看，風(fēng)險(xiǎn)控制效果不存在隨著時(shí)間推移下降的趨勢(shì)。4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)控制失敗的場(chǎng)地主要表現(xiàn)為污染物泄漏，特別是在泥漿墻嵌入不透水層的位置。主要原因?yàn)槟酀{墻的施工缺陷，如泥漿回填前清理不充分，設(shè)計(jì)的嵌入深度不夠。弱透水層存在缺陷也可能導(dǎo)致泥漿墻工程措施的失效。

表3 36個(gè)污染場(chǎng)地工程控制應(yīng)用各環(huán)節(jié)效果評(píng)價(jià)Table 3 Performance evaluation of engineering controls applied in 36 contaminated sites

為了分析工程控制實(shí)施過(guò)程中工程設(shè)計(jì)、施工、工程監(jiān)測(cè)等環(huán)節(jié)對(duì)工程控制效果的影響，根據(jù)各環(huán)節(jié)的合理性和科學(xué)性，分為好于可接受水平、可接受水平、不可接受，無(wú)法確定等4個(gè)級(jí)別。無(wú)法確定主要是現(xiàn)有數(shù)據(jù)不足，無(wú)法進(jìn)行分級(jí)。從各環(huán)節(jié)的效果分級(jí)結(jié)果來(lái)看，從設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量控制和質(zhì)量保證(CAQ＆CAC)到監(jiān)測(cè)的合格率逐漸降低。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的合格率最高為94%，質(zhì)量控制和質(zhì)量保證環(huán)節(jié)的合格率為86%。監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)是工程控制最容易忽視的環(huán)節(jié)，合格率最低，僅為75%。監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)的主要問(wèn)題是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)缺乏一致性，對(duì)監(jiān)測(cè)范圍，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)實(shí)施都沒(méi)有規(guī)范化的程序。導(dǎo)致在評(píng)價(jià)工程效果時(shí)缺乏可靠的數(shù)據(jù)。而監(jiān)測(cè)對(duì)評(píng)估工程阻隔的控制效果，特別是當(dāng)阻隔措施作為長(zhǎng)期措施時(shí)非常重要，因此有必要規(guī)范監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行。

為了提高工程控制措施的實(shí)際效果，工程控制實(shí)施過(guò)程中的質(zhì)量控制和質(zhì)量保證是非常關(guān)鍵的。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)開(kāi)展詳細(xì)的場(chǎng)地調(diào)查，分析污染種類和污染程度，識(shí)別污染物遷移暴露的主要風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)展水文地質(zhì)調(diào)查和模擬，分析污染物遷移途徑，開(kāi)展污染物與阻隔材料兼容性測(cè)試，為工程措施提供重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。建設(shè)環(huán)節(jié)，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)，應(yīng)對(duì)地下環(huán)境進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，評(píng)估實(shí)際的環(huán)境條件與設(shè)計(jì)的條件是否吻合，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不能滿足需求時(shí)應(yīng)及時(shí)修正。工程控制措施后期監(jiān)測(cè)是很重要的環(huán)節(jié)，但從國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，也是最容易忽視的環(huán)節(jié)。后期的跟蹤監(jiān)測(cè)是評(píng)估工程措施風(fēng)險(xiǎn)控制效果的重要手段。而且，當(dāng)場(chǎng)地的環(huán)境條件發(fā)生較大改變時(shí)，還應(yīng)該開(kāi)展應(yīng)急監(jiān)測(cè)，評(píng)估工程控制技術(shù)的效果。

4 國(guó)外的污染場(chǎng)地工程控制措施應(yīng)用對(duì)我國(guó)的啟示

工程控制技術(shù)并不是新興的技術(shù)，在我國(guó)的水利工程、地質(zhì)工程和土木工程等方面已有很長(zhǎng)的應(yīng)用歷史和大量成功的工程案例。在污染控制方面，工程控制技術(shù)主要應(yīng)用垃圾填埋場(chǎng)防滲，垂直阻隔技術(shù)用于防止?jié)B濾液污染地下水，表層阻隔用于防止降水進(jìn)入填埋區(qū)，減少和防止?jié)B濾液的產(chǎn)生［20］。工程控制技術(shù)在垃圾填埋場(chǎng)的應(yīng)用中取得了較好的防滲效果。垂直防滲墻施工技術(shù)以帷幕灌漿技術(shù)為主，表層防滲通常采用復(fù)合防滲措施，利用土工膜、黏土等建立復(fù)合防滲層，強(qiáng)化防滲效果［21］。

從國(guó)外的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，工程控制是一類很有應(yīng)用前景的污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)。鑒于我國(guó)污染場(chǎng)地修復(fù)工作剛開(kāi)始起步，由于經(jīng)濟(jì)能力和技術(shù)條件的限制，不可能對(duì)所有場(chǎng)地都實(shí)施污染物清除修復(fù)，對(duì)部分場(chǎng)地采用工程控制措施是較適宜的選擇?，F(xiàn)階段，工程控制技術(shù)應(yīng)用較少，主要有以下方面的原因:1)場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管理理念不完善，強(qiáng)調(diào)修復(fù)技術(shù)，而對(duì)工程控制技術(shù)關(guān)注較少;2)現(xiàn)階段實(shí)施修復(fù)的場(chǎng)地，未來(lái)土地利用大都為居住用地，場(chǎng)地地下施工擾動(dòng)較大，不適宜采用工程控制技術(shù);3)國(guó)內(nèi)對(duì)工程控制技術(shù)的研究較少，缺乏成熟的施工技術(shù)和案例經(jīng)驗(yàn)。

為了推動(dòng)工程控制技術(shù)在我國(guó)污染場(chǎng)地的應(yīng)用，需要從以下幾個(gè)方面開(kāi)展工作:開(kāi)展工程控制技術(shù)研究，包括防滲材料和施工工藝。在防滲材料方面，開(kāi)發(fā)黏土、膨潤(rùn)土、粉煤灰等廉價(jià)復(fù)合防滲材料，使防滲墻不但具有較低的滲透性，而且對(duì)污染物具有較強(qiáng)的吸附阻滯作用。研究不同壓差，不同滲透系數(shù)和不同介質(zhì)等環(huán)境條件下防滲材料對(duì)污染物阻滯機(jī)理，研究適宜我國(guó)污染場(chǎng)地的防滲材料。在施工工藝方面，在借鑒水利工程、垃圾填埋場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，研究適宜污染場(chǎng)地應(yīng)用的施工工藝，特別是對(duì)場(chǎng)地?cái)_動(dòng)較小的原位施工技術(shù)，如帷幕灌漿等。開(kāi)展污染場(chǎng)地工程控制技術(shù)應(yīng)用示范研究。建立相關(guān)的工程控制技術(shù)應(yīng)用指南，完善我國(guó)污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)體系。

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